وأجريت التجربة، بمشاركة ما يقرب من 200 عالم فيزياء من دول مختلفة، في مختبر فيرميلاب الوطني بالولايات المتحدة. وضم فريق الخبراء من إسرائيل مجموعتين بحثيتين هما الدكتور عدي أشكنازي والبروفيسور إيلي بيسيتسكي من كلية الفيزياء وعلم الفلك في جامعة تل أبيب.
شارك مؤخراً فريق من باحثي جامعة تل أبيب في أول تجربة دولية من نوعها، MicroBooNE، والتي سعت إلى تحدي نظرية فيزياء الجسيمات ودراسة أسرار جسيم النيوترينو بشكل متعمق. وأجريت التجربة، بمشاركة ما يقرب من 200 عالم فيزياء من دول مختلفة، في مختبر فيرميلاب الوطني بالولايات المتحدة. وضم فريق الخبراء من إسرائيل مجموعتين بحثيتين، الدكتور عدي أشكنازي والبروفيسور إيلي بيسيتسكي من كلية الفيزياء وعلم الفلك بجامعة تل أبيب.
النيوترينوات هي واحدة من الجسيمات الأكثر شيوعا في عالمنا. يتم إنشاءها في كل عملية اضمحلال إشعاعي، لذلك يتم إنشاء العديد من النيوترينوات في كل نجم، بما في ذلك شمسنا، وفي المفاعلات النووية، وبالطبع في مسرعات الجسيمات. حتى نحن البشر ننتج النيوترينوات. تؤثر القوة الضعيفة فقط على جزيئات النيوترينو، ولا تستجيب للقوة الكهرومغناطيسية أو القوة الشديدة. ولذلك، على الرغم من ترددها العالي، فمن الصعب للغاية اكتشاف جسيمات النيوترينو. معظمهم يمرون عبر أي كاشف دون أن يتركوا أي أثر.
اليوم، هناك ثلاثة أنواع من النيوترينوات معروفة - الإلكترونية، والميونية والتيوتونية. ولا تزال العديد من خصائص هذه الجسيمات مجهولة، وتلك المعروفة لا تتفق مع النظريات المقبولة. في العقد الماضي، كان يُعتقد أن وجود جسيم نيوترينو رابع يمكن أن يفسر الملاحظات الشاذة في تجارب النيوترينو السابقة. وغني عن القول أن اكتشاف مثل هذا الجسيم سيكون بمثابة اكتشاف ضخم وسيغير الكثير مما نعرفه عن الكون.
يوضح الدكتور أشكنازي: "تم تصميم تجربة MicroBooNE خصيصًا لفحص الحالات الشاذة المرصودة. MicroBooNE هو كاشف نيوترينو مبتكر، دخل حيز الاستخدام في عام 2015. الجزء المركزي من الكاشف عبارة عن خزان ضخم مملوء بـ 170 طنًا من الأرجون السائل، وهو قادر على التسجيل بدقة عالية صور ثلاثية الأبعاد لمسارات الجسيمات المشحونة التي تمر عبرها هو - هي. لن يكتشف الكاشف مسار جسيم النيوترينو، ولكن سيتم اكتشاف الجسيمات المشحونة الأخرى التي تنشأ في الاصطدام بين النيوترينو والنواة الذرية للذرة ومن بينها سيكون من الممكن استنتاج وجود النيوترينو."
وكان لجامعة تل أبيب دور كبير في إجراء التجربة وتقييم الخلفية وأي أخطاء يمكن أن تؤثر على نتائجها. وتتخصص المجموعة من جامعة تل أبيب في القياس الدقيق للتفاعل بين جسيم النيوترينو ونواة الأرجون الذرية التي يتكون منها الكاشف.
في الأسابيع الأخيرة، أنهت شركة MicroBooNE تحليل المعلومات التي جمعتها على مدى ثلاث سنوات ونشرت أربعة تحليلات مختلفة. وأكدت جميع البيانات ما هو معروف من النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، ولم يتم العثور على أي دليل على وجود نيوترينو رابع. تؤثر هذه النتائج على فهمنا، وتشجع النظريات الجديدة.
MicroBooNE هي التجربة الأولى التي تستخدم هذه التكنولوجيا في الولايات المتحدة، ولكنها ليست الأخيرة. في هذه الأيام، يجري تخطيط وبناء تجربة DUNE، على نطاق أكبر بكثير، لو كانت تتمتع بالحساسية اللازمة لقياس بعض الخصائص غير المعروفة للنيوترينو. وقد تكون هذه قادرة على مساعدتنا في الإجابة على أسئلة مختلفة، من بينها فهم السبب وراء احتواء كوننا على مادة أكثر بكثير من المادة المضادة.
الدكتور عدي أشكنازي: "هذه نتيجة مهمة تساعد في توضيح حالة عدم اليقين المحيطة بجزيئات النيوترينو، لكن أعيننا تتجه بالفعل إلى التجارب التالية، وفي المقام الأول DUNE. نحن في جامعة تل أبيب نعمل بالفعل على تطوير مجموعة واسعة من الأساليب من أجل فحص التفاعلات بين النيوترينوات والنواة الذرية، وبهذه الطريقة يمكننا قياس خصائص النيوترينوات بشكل أكثر دقة.
وفي هذه الأيام، يتم أيضًا نشر نتائج دراسة مبتكرة أجرتها مجموعة من جامعة تل أبيب حول هذا الموضوع في مجلة NATURE. يستخدم البحث، الذي تم إجراؤه بالتعاون مع مجموعات من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة ODU وفيرميلاب، قياسات دقيقة لاصطدامات الجسيمات المألوفة أكثر، الإلكترونات، مع النوى الذرية لتعزيز فهمنا لتفاعلات النيوترينو.
ويضيف الدكتور أشكنازي: "يظهر البحث أنه لا يزال هناك مجال كبير للتحسين عندما يتعلق الأمر بفهمنا للتفاعلات التي نبني عليها أنفسنا عند اكتشاف خصائص النيوترينوات. نحن نعمل على تحسين نماذجنا، وتحليل المزيد من النتائج من MicroBooNE، وفي هذه الأيام نجمع المزيد من البيانات حول تصادمات الإلكترون في مختبر جيفرسون في فرجينيا. ويعمل أعضاء المجموعة من جامعة تل أبيب، طالب ما بعد الدكتوراه جوشوا بارو والطالب أمير جروبر، على تحليل متوازي يستخدم الميونات الكونية بدلاً من الإلكترونات داخل MicroBooNE. نريد أن نتأكد من أنه بحلول الوقت الذي يتم فيه تشغيل DUNE، سيكون لدينا جميع الأدوات اللازمة لتحليل نتائجه، وتعزيز فهمنا للجسيمات الموجودة في هذا الكون المذهل الذي نعيش فيه.
